Puidust LED -mängude ekraan, mida toetab Raspberry Pi Zero: 11 sammu (koos piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:45

See projekt realiseerib 20x10 piksliga WS2812 -põhise LED -ekraani suurusega 78x35 cm, mida saab hõlpsasti paigaldada elutuppa retro -mängude mängimiseks. Selle maatriksi esimene versioon ehitati 2016. aastal ja selle ehitasid ümber paljud teised inimesed. Seda kogemust kasutati kõigi täiustuste kokkuvõtmiseks, et luua maatriksi uus versioon ja tuua see nüüd saidile instructables.com. Peamised uued funktsioonid on selle asemel Raspberry Pi Zero värskendus, kasutades ja Pi A pluss Arduino ning asendades eelmise suure kontrolleri Bluetooth -mängupuldiga. Samuti täiustati tarkvara, sealhulgas simulaatorit, mis võimaldab teil koodi arvutis arendada isegi siis, kui teil pole maatriksiriistvarale juurdepääsu.

Selle LED -maatriksi üheks eripäraks on spetsiaalne puidust spoon, mida kasutatakse LED -i katmiseks ja nende peitmiseks, kui LED -id on välja lülitatud. See suurendab oluliselt mittetehnoloogiliste inimeste aktsepteerimistegurit;-) Muidugi, kui see spetsiaalne spoon pole teie riigis saadaval, saate LED-ide peitmiseks kasutada ka mõnda muud hajutatud materjali, näiteks akrüüli. Tulevikus on kavas pakkuda ka mõningaid olulisi osi, et hõlbustada projekti taastamist.

Tarvikud:

• Raspberry Pi Zero W (mõne kohandusega töötavad ka kõik teised mudelid)
• 200 LED/s (WS2812B LED -ribad 30 LED/m)
• 4x SPI LED maatriksekraan koos MAX7219 -ga
• Kaablid
• Bluetoothi mängupult (nt Pimoroni)
• Toide 5V vähemalt 5A
• MDF puit laserlõikamiseks
• Puidust spoon või difusioonakrüülplaat
• Kondensaator, takisti
• Mõned kruvid

Samm: laserlõikamine

Maatriksi põhistruktuur on valmistatud MDF puidust paksusega 3 mm ja lõigatud laserlõikuriga. Kui teil pole laserlõikurit, võite kasutada võrguteenust, näiteks ponoko.com või formulor.de, või võtta ühendust oma keskkonna järgmise fablab/makerspace'iga. Võimalik on kasutada ka pappi või muid kergemaid materjale, kuid lisatud failid on mõeldud 3 mm paksuseks, nii et õhemad või paksemad materjalid vajavad failide ümberkujundamist. Disain tehti Fusion 360 -s. Enamik osi hoiavad kokku, lihtsalt libistades need oma kohale, ainult mõned osad, nagu välispiirid, tuleks puiduliimi abil kokku liimida. Enne liimi pealekandmist veenduge, et teie maatriks töötab täielikult! Samuti tuleb liimida puidust spoon, kuid see on viimane samm pärast seda, kui kõik on tagatud.

Tagaplaadi paremal (alumisel) küljel on väljalõigatud segment, mis kindlustab elektroonikakomponendid maatriksi külge ja pääseb neile komponentidele juurde ka spooni liimimisel.

Samm: paigaldage LED -id

LED -triibud on standardsed 30 LED/m WS2812 triipu, mis on saadaval Amazon, eBay või muudes veebipoodides üle kogu maailma. See on tavaliselt ka odavaim adresseeritav LED -riba. Kui soovite kasutada teisi LED -e, peate tagama maatriksmustrile sobiva 30 LED/m kauguse. Laserlõigatud segmentidel on väikesed välja lõigatud piirkonnad, mis sobivad LED -i laiusega 10 cm. Nende LED-triipude tagaküljel on kahepoolne teip, nii et saate need pärast täpset positsioneerimist lihtsalt MDF-ile liimida. Enne lindi kasutamist kontrollige iga triibu õiget suunda (DIN-DOUT suund).

Juhtmestik on siksakiline, nii et lõpus on maatriksil ainult üks sisendtipp ja kaabli pikkus on võimalikult lühike. Toite nõuetekohaseks jaotamiseks ja kaabelduse vähendamiseks maatriksi ülaosas on iga LED -triip ühendatud 5 V ja GND -ga maatriksi allosas. 5V ja GND liini levitamiseks võite kasutada kas üksikuid juhtmeid või PCB prototüüpimist.

3. samm: kokkupanek

Plahvatusvaade aitab tuvastada sõlme jaoks sobivaid osi. Lihtsalt järgige samm-sammult installipilte. Tagaplaanil on ristkonstruktsioonid pikkade külgseinte ja osa lühikeste seinte hoidmiseks. Kui tükkide paigaldamisel on probleeme, kasutage selle parandamiseks liivapaberit.

4. samm: jootmine

Erinevate triipude elektriliinide jootmiseks on erinevaid viise. Erinevate juhtmete jootmiseks võite kasutada üksikuid juhtmeid või mõnda vasest ühist rööpa. Sel juhul kasutati toitepiirete triipudele juhtimiseks trükkplaatide prototüüpe. WS2812B triipudel on juba eraldi toitekaablid, mida saate kasutada toitekaabli ühendamiseks esimese ribasisendiga (pildil vasakul küljel).

Samm: installige SPI -ekraan

Mängutulemuste ja teksti kuvamiseks kasutatakse LED -draiveril MAX7219 põhinevat LED -maatriksekraani. See on ühendatud SPI (Serial Peripheral Interface) kaudu Raspberry Pi -ga. Neli 8x8 ekraani on ühendatud 32x8 pikslise punktmaatriksiga. Selle 8x8 pikslise ekraaniga saate osta nt. eBays on saadaval ka kombineeritud 32x8 pikslilised kuvarid. Samuti on teil erinevaid värvivalikuid; sel juhul kasutati punaseid näidikuid. Kuna SPI töötab nagu nihkeregister, ühendatakse kuvarid järjestikku, ühendades andmed esimesest maatriksist teise ja teise sisestatud andmetega ja nii edasi, alustades ekraani paremast servast.

See kuvar on loetav ainult väljastpoolt, kui see asetatakse spoonikihi taha. Kui ei, siis on näha ainult punane hägusus. Seega peate selle paigaldama tagaplaadi väljalõigatud segmendi peale, 30 mm kaugusele tagaplaadi pinna ja maatriksi pinna vahel. Olen kasutanud puidust tükke ja kruvisid, et kohandada puuduvat 19 mm tagaplaadi ja trükkplaatide vahel, kuid saate kasutada ka mis tahes väliseid vahekaugusi.

Ekraani juhtmestik on näidatud sammus 7.

Samm: installige Pi

Selles installis kasutatakse Raspberry Pi Zero. Võite kasutada ka mis tahes muud Raspberry Pi mudelit, kuid uuemad, millel on integreeritud WiFi ja Bluetooth, võimaldavad hõlpsalt traadita mängupultidega ühenduse luua ja programmeerimist lihtsustada. Saate Pi kinnitada, kasutades tagaplaadi külge kruvimiseks vähemalt kahte kruvi ja väikesi vahetükke.

Raspberry Pi Zero W jaoks kasutatakse järgmisi tihvte:

• PIN 2: 5V
• PIN 6: GND
• GPIO18 -> LED -triibud
• GPIO11: SPI CLK -> MAX7219 maatriks CLK
• GPIO10: SPI MOSI -> MAX7219 maatriks DIN
• GPIO8: SPI CS -> MAX7219 maatriks CS

Mõned inimesed teatasid probleemidest GPIO18 kasutamisel LED -ide jaoks. Kasutage sel juhul GPIO21. Kui jah, peate 21. reas oleva koodi muutma väärtuseks pixel_pin = board. D21.

WS2812B riba kasutatakse siin väljaspool selle spetsifikatsiooni. Tavaliselt nõuab see DIN -is 5V loogikataset, kuid Pi pakub ainult 3, 3V. Isegi kui see enamikul juhtudel toimib, peaksite seda oma ribaga testima. Kui see ei tööta, saate Pi ja riba vahele lisada nivoo muunduri nagu 74HCT245 või mõne muu 3V3 kuni 5V muunduri.

Samm: juhtmestik ja toiteallikas

Juhtmestik toimub vastavalt juhtmestiku skeemile. Toiteallikaks on 5 V alalisvooluallikas.

Maatriksi lihtsaks sisse/välja lülitamiseks lisatakse toitepistiku ja maatriksiahelate vahele lüliti. Sellegipoolest, kuna Raspberry Pi -le ei meeldi kõva väljalülitamine, on tarkvaras väljalülitamise võimalus, et Pi enne mängu maatriksi vahetamist turvaliselt välja lülitada.

LED -riba DIN -tihvt on takisti kaudu ühendatud Pi -ga, samuti lisatakse toiteallika puhverdamiseks suur kondensaator (4700uF). Lisateabe saamiseks vaadake Adafruit Überguide'i neopiksleid.

LED -id tarbivad maksimaalset voolu 60mA LED -i kohta, seega on maksimaalne vool 200x60mA = 12A võimalik !!! Vähendades heledust ja mitte kasutades kõiki valgeid LED -e, on see pigem teoreetiline väärtus, kuid see sõltub koodist, milline maksimaalne vool on saavutatud. Seega on piisavalt suure toiteallika valimine väga oluline. Enamiku rakenduste jaoks peaks piisama 5V/5A (25W) toiteallikast.

Taustaplaadi fikseerimiseks Pi ja Matrix -ekraaniga saab kasutada mõningaid väikesi puutükke, et neid servadesse nühkida ja kasutada ka kruvisid, et tagaplaat paigal hoida.

Samm: seadistage Pi

1. Laadige alla uusim Raspbian lite pilt saidilt raspberrypi.org

2. Kopeerige see ja SD -kaardile, piisab 8 GB -st. Võite kasutada nt. etcher seda teha.

3. Enne Pi käivitamist SD -kaardiga valmistage ette WIFI ja ssh juurdepääs

4. Sisestage SD -kaart mis tahes arvutisse, alglaadimiskaust peaks olema juurdepääsetav

5. Kopeerige järgmised read faili wpa_supplicant.conf (genereerige see, kui seda pole) ja muutke parameetreid sõltuvalt teie Wifi -st ja piirkonnast

ctrl_interface = DIR =/var/run/wpa_supplicant GROUP = netdev

country = USA update_config = 1 network = {ssid = "Home Wifi" psk = "mypassword" key_mgmt = WPA-PSK}

6. Lisage alglaadimiseks tühi fail nimega ssh (ilma laiendita), et lubada juurdepääs ssh -le

7. Nüüd sisestage SD -kaart Raspberry Pi -sse ja käivitage see. Kontrollige oma WiFi -ruuterit, et saada Pi -i IP -aadress

8. käivitage SS -ühendus Pi -ga terminali (Linux, Mac) või nt. Pahteldage Windowsi. Sisestage 192.168.x.y asemel Pi IP

ssh [email protected]

9. Värskendage Pi (võtab natuke aega!)

sudo apt-get update

sudo apt-get upgrade

10. Paigaldage pip ja seadistustööriist

sudo apt-get install python3-pip

sudo pip3 install -upgrade setuptools

11. Installige Neopixeli draiver, ws281x lib, pygame ja libsdl

sudo pip3 installige rpi_ws281x adafruit-circuitpython-neopixel

sudo pip3 install pygame sudo apt-get install libsdl1.2-dev sudo pip3 install --upgrade luma.led_matrix

12. Luba SPI, helistades raps-config, navigeeri 5 liidese suvandit / P4 SPI / Luba

sudo raspi-config

13. Lisage Bluetoothi mängupult

sudo bluetoothctl

[bluetooth]# agent seadmes [bluetooth]# pairable [bluetooth]# skaneerimine [bluetoothis]# paar aa: bb: cc: dd: ee: ff [bluetooth]# usaldus aa: bb: cc: dd: ee: ff [bluetooth]# ühenda aa: bb: cc: dd: ee: ff [bluetooth]# sulge

kus aa: bb: cc: dd: ee: ff on teie bluetooth -mängupuldi MAC -kleit. See aadress tuleks kuvada pärast käsu „skannimine” helistamist. Veenduge, et teie Bluetooth -kontroller on sidumiseks valmis. Palun vaadake kontrolleri kasutusjuhendist, kuidas seda teha.

14. Nüüd saate Pi -ga ühenduse luua, vaikimisi parool on vaarikas (Windowsi kasutajad võivad kasutada Puttyt):

ssh [email protected]

Samm: Pythoni kood, test ja simulaator

Kood on saadaval Githubis. games_pi_only.py ja kõik bmp -failid on vajalikud.

git kloon href = https://github.com/makeTVee/ledmatrix/tree/master/python/pi_only

Koodil on võimalus töötada simulatsioonirežiimis väljaspool Pi, kasutades maatriksi simuleerimiseks pygame. See on väga kasulik uute funktsioonide arendamiseks ilma otsese juurdepääsuta maatriksiriistvarale. Samuti on silumine palju lihtsam. Simulatsioonirežiimi aktiveerimiseks peate seadistama PI konstanti (rida 15):

PI = vale

Selles simulatsioonirežiimis kasutatakse Bluetooth -mängupuldi asemel ka klaviatuuri. Nupud 1, 2, 3, 4 on kaardistatud mängupuldi A, B, X, Y -ga, nooleklahvid juhiste saamiseks, „s“alustamiseks ja „x“valimiseks. Arvuti arendamiseks saate kasutada tavalist redaktorit pluss konsooli või mõnda integreeritud IDE -d, nagu Micosoft Visual Studio Code või Jetbrain PyCharm.

Kui kasutate maatriksit ja Raspberry Pi, peate määratlema:

PI = tõsi

Koodi kopeerimiseks Raspberry Pi -sse saate kasutada käsku scp (Windows WinSCP). Avage konsooli aken, minge Githubi faile sisaldavasse kausta ja helistage

scp games_pi_only [email protected]:/home/pi

scp *.bmp [email protected]:/home/pi

seejärel ühendage Pi -ga ssh kaudu (Windowsi kasutajad võivad kasutada Puttyt):

ssh [email protected]

pärast edukat sisselogimist saate käivitada pythoni koodi, helistades:

sudo python3 games_pi_only.py

Kui kood töötab õigesti, saate automaatse käivitamise lubada, helistades:

sudo nano /etc/rc.local

ja lisage järgmine rida enne väljumist 0:

/usr/bin/nice -n -20 python3 /home/pi/games_pi_only.py &

Salvesta (Ctrl+O) ja välju (Ctrl+X)

10. etapp: viimane test ja spoon

Enne spooni esiosa liimimist tuleb maatriksit kontrollida, et veenduda, kas kõik valgusdioodid töötavad. Enne spooni liimimist on palju lihtsam midagi parandada.

Kasutatud puiduspoon on spetsiaalne vahtrispoonpaber nimega Microwood, mis on ühelt poolt kaetud paberiga ja mille paksus on 0, 1 mm. Paberi poole saab liimida otse mdf -le, kasutades tavalist veevaba paberiliimi.

11. samm: tulemus

Lõbutsege ja nautige mängu!

Peaauhind Raspberry Pi konkursil 2020